县级城市配电网自动化高级应用方案研究

[摘 要]本文主要通过对县级城市电力系统配电网自动化潮流计算、无功优化、负荷预报、状态估计等原理的了解，完成了一套县级城市配电网络自动化高级应用方案的设计。

[关键词]配电网自动化 应用方案 发展

中图分类号：V11 文献标识码：V 文章编号：1009914X（2013）34054201

引言

当前县城配电网主要靠调度值班人员通知供电值班员到现场进行人工操作，线路故障时，要靠供电值班员沿街查线。为了解决此问题，县级城市应用了更为有效的配电网自动化。

1.县城配电网自动化实施方案

第一节 配电网数据采集与监控系统（SCADA）

一、SCADA系统

SCADA为一般用在工业的过程控制中，以实现开关状态的采集和监视、远方开关的控制和调节等任务，并且共享病危采集到的数据。

二、配电网SCADA系统的特点

（1）配电网数据分散、点多、每点信息量少；

（2）配电网大量的设备导致其数量级要比输电网对一个级别；

（3）配电网比输电网拥有更多的操作频率和故障频率；

（4）配电网的网络大都为三相不平衡系列，但其对应的输电网则为三相平衡；

（5）配电网需要一些可以隔离故障和自动恢复供电的自动化软件；

（6）由于配电网点多面广的特性，在通信系统方面需要有更多的内容。

（7）配电网直接连接用户，使得配电网SCADA系统创建和优化的工作量非常大。

1.1 配电网SCADA系统的任务和功能

它的任务主要有：

（1）给配电网的管理人员提供即时详细的数据。

（2）给电力自动化软件提供精准的数据。

（3）用系统的远程控制取代人工操作。

它主要有四个功能：一是遥信，即对配电网开关的实时状态进行统计；二是遥测，即对配电网的各种电量进行采集；三是遥控，即通过配电网信道传递开关命令；四是遥调，即通过配电网信道传递相关参数调节命令。

1.2 配网自动化系统三种典型控制方案

一、就地控制一重合器方案

重合器方案在不依赖主站和通信系统的条件下，通过线路开关的逻辑动作，快速隔离故障。并通过保护定值的配合，避免变电站出线开关的频繁动作。此方式的技术难点即在于保护定值的整定配合。

二、就地控制―电压―时间型负荷开关方案

负荷开关方案在多分段的情况下，分段开关可以直接用电压―时间型的负荷开关，且只具有关合故障电流的能力。本方式的技术难点是故障电压的判断和对开关动作高可靠性要求。

三、主站控制方案

此方案需要拥有重合闸功能的变电站出线开关、能关合短路故障电流的负荷开关和具有判别故障能力的馈线终端单元。本方案对于配电网有较高的适应性，且能够精准的定位故障，一次性完成重构网络的工作。

结合县级城市的实际，最终决定城区线路采用就地控制方式的电压―时间型负荷开关方案。

1.3 系统方案具体介绍

以BW2、BW3之间的永久性故障F为例，当故障发生时，B1保护动作跳闸，紧接着BW1、BW2、BW3失电瞬时分闸，此时BW4计时XL开始；当B1一次重合闸的时候，BWl电源侧来电合闸，此时计时X开始，X计时结束合闸，开始计时Y；而当BW2电源侧来电合闸时，计时X开始，X计时结束合闸，开始计时Y；合闸到故障上时，B1后加速跳闸，而BWl、BW2失电瞬时分闸；BW2的Y计时内因再次失电使得分闸后闭锁；B1二次重合闸，BWl电源侧感知来电，计时X开始，X计时结束合闸，BW4计时XL结束则合闸。此时非故障区段恢复供电。

其中，各开关动作特性如下：

（1）一侧带电的分段开关要经X时间自动合闸。X整定为n秒（n=1，2，3……）。

（2）当开关实际带电时间>检电时间Y时，判断合闸于正常区段。

（3）联络开关可以做到手动或自动合闸。若是遥控操作，自动合闸需要XL有整定的时间。

（4）联络开关和分段开关可以做到闭锁合闸回路和检测电压短脉冲以防故障线路中反向来电合闸。

2.配电网自动化的高级应用介绍

2.1 潮流计算

潮流计算具体体现在以下四个方面：

（1）当电网处于规划阶段，可以科学规划系统的各种参数和内容。

（2）在新设备投运和预计负荷增长的基础上，编制年运行方式下的潮流计算可以发现电网中的薄弱部分，并提出建议。

（3）在正常检修及特殊运行方式下，主要对日常的运行进行编制，以指导发电厂的开机和各种调节方案。

（4）分析预想事故和设备停止运行对静态安全的影响，并提出更加科学的运行方案。

2.2 短路分析【7】

短路电流计算软件功能为确定故障时配电网中各支路的电流、母线电压，故障包括单相、两项、三项及接地等类型。在负荷出现大变化或结线方式出现变化时，应能自动计算、校核和报警。

2.3 负荷预测【7】

负荷预测包括地区负荷预测与母线负荷预测。地区负荷预测包括日负荷至周负荷预报。母线负荷预测所指母线是指馈线分至点上的母线，因此，母线负荷预测之上，依次逆向递推，由状态估计推论其关系。

2.4 无功优化

中低压网，以电网有功网损和电容器的安装购置费用之和最小为目标，对低压配网的无功补偿提出配置规划决策方案，并且指出配置前后的网损变化、补偿方案的工程预算、预期效益及回收年数，用以改变中低压配网无功补偿配置工作量大等缺点。

2.5 状态估计【7】

配电网的状态估计有两种：一为主配网估计，即有实时量测值供作估计状态的；二是沿馈线的潮流分布，常常无实时量测值。只在已知馈线始端功率与电压（估计值）的条件下，利用负荷预测模型将其分配到各负荷点，主要工作是潮流计算。

3.配电网自动化无功优化设计

3.1 无功优化的目标函数

无功补偿点应该在网损微增率最小的地方，通过与最优网损微增率相结合来确定优化最佳点。但它不仅没有囊括其它控制变量的调节，而且其反复迭代的计算方式也太过耗时。国内数学模型优化算法主要有两种：一是不计费用的达到系统网损率最小。二是建立目标函数，参考设备费用，提出最优的解决方案。

QC∑是指无功补偿总容量，τmax是年最大负荷损耗小时数，α代表无功补偿设备年度折旧维护率，而γ则是投资回收率，另外β为电价，KC则为单位无功补偿设备价格。

3.2 优化算法

电力系统本身较为复杂，大部分算法把不能保证计算的收敛性。因此，相关的学者提出了启发式算法和分布计算遗传算法等等，这些算法可以大大优化计算的速度和可靠收敛。

4.结论

结合县级城市的实际和稳定可靠性较高的变电站出线处开关，以节约成本和安全实用的原则，最终决定用电压―时间型负荷开关的就地控制方案作为县级市区的线路。

参考文献

[1] 电力系统自动化 孙莹 王葵 编 山东大学电气工程学院 2002，6

[2] 配电系统及其自动化技术 陈堂 赵祖康 陈星莺 胡大良 编著 中国电力出版社2002

[3] 配电网自动化 华南理工大学 方富淇 主编 中国电力出版社，2000。